JPH04290265A - Electrooptical detector array and manufacture thereof - Google Patents
Electrooptical detector array and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は一般に電気光学検出器ア
レーに関し、さらに詳しくは、半導体素子の正面を光エ
ネルギで照射される電気光学検出器アレーとその製造方
法に関する。本発明はまた、誘電物質の支持体に相互に
間隔を置いて配置した複数の半導体素子を含む電気光学
検出器アレーとその製造方法にも関する。TECHNICAL FIELD This invention relates generally to electro-optic detector arrays, and more particularly to electro-optic detector arrays in which the front surface of a semiconductor device is illuminated with optical energy and a method of manufacturing the same. The invention also relates to an electro-optic detector array comprising a plurality of semiconductor elements spaced from each other on a support of dielectric material and a method of manufacturing the same.
【0002】0002
【従来の技術】半導体電気光学検出器は、光起電力形ま
たは光伝導形のどちらかである。赤外線から紫外線まで
様々な波長領域に対し、様々な種類の電気光学検出器が
使用される。例えば約8〜12ミクロンおよび1〜5.
6ミクロンの赤外線波長範囲用の起電力形電気光学検出
器はしばしば、それぞれテルル化水銀カドミウム(Hg
CdTe)およびアンチモン化インジウム(InSb)
で作成される。アンチモン化インジウムの電気光学検出
器の具体的な構成は例えば、同一人に譲渡された米国特
許第3,483,096号、第3,554,818号、
および3,577,175号に記載されている。以下で
はInSbの電気光学検出器について記述するが、幅広
い側面を持つ本発明はこの材料に限定されない。BACKGROUND OF THE INVENTION Semiconductor electro-optic detectors are either photovoltaic or photoconductive. Different types of electro-optic detectors are used for different wavelength ranges from infrared to ultraviolet. For example, about 8-12 microns and 1-5.
Electromotive force-based electro-optic detectors for the 6 micron infrared wavelength range are often made of mercury cadmium telluride (Hg
CdTe) and indium antimonide (InSb)
Created with. Specific configurations of indium antimonide electro-optic detectors are disclosed, for example, in commonly assigned U.S. Pat. Nos. 3,483,096 and 3,554,818;
and No. 3,577,175. Although an InSb electro-optic detector will be described below, the broad aspects of the invention are not limited to this material.
【0003】上記の先行特許に開示された単素子デバイ
スは一般に、検出しようとする光エネルギ源に暴露され
るP型領域がN型バルク基板に支えられたPN接合を含
んでいる。PN接合は通常、検出すべき光エネルギが入
射されるP型領域の表面から約4ミクロン以内の位置に
ある。つまり、検出しようとする光放射に曝露されるP
型領域は厚さが約4ミクロン以下ということである。特
定のInSbデバイスの場合、PN接合は放射に曝され
るP型領域の表面から0.5ミクロン以内の位置に形成
される。P型領域の配置は、光放射がそこに直接入射し
、P型領域に形成された光生成電荷担体(キャリア)が
、ある程度妨害されずに接合へ拡散できるようにするこ
とが望ましい。この構成でさえも、かなりの量の光エネ
ルギがP型領域を貫通してPN接合に到達し、そこでさ
らに幾らかの電荷担体を発生させ、なおさらにN型領域
にも入り込み、さらに多くの電荷担体を発生させる。
N型物質におけるこの吸収が接合からあまり遠く離れた
位置で発生しない限り、形成された電荷担体もまた接合
の方向へ拡散する。さらにこの配列では、P型領域で吸
収されなかった光エネルギがPN接合に直接到達するこ
とができる。したがって、アンチモン化インジウム検出
器で光エネルギがP型領域に入射するようにP型領域を
配置すれば、光エネルギを電気エネルギに変換する効率
は比較的高くなる。The single element devices disclosed in the prior patents mentioned above generally include a PN junction in which the P-type region exposed to the optical energy source to be detected is supported by an N-type bulk substrate. The PN junction is typically located within about 4 microns of the surface of the P-type region where the optical energy to be detected is incident. That is, P exposed to the optical radiation that we are trying to detect
The mold region is approximately 4 microns thick or less. For certain InSb devices, the PN junction is formed within 0.5 microns of the surface of the P-type region exposed to radiation. The arrangement of the P-type region is preferably such that optical radiation is directly incident thereon and the photogenerated charge carriers formed in the P-type region can diffuse to the junction somewhat unhindered. Even with this configuration, a significant amount of light energy penetrates through the P-type region to reach the PN junction, generating some more charge carriers there, and even further into the N-type region, generating even more charge carriers. Generate carrier. As long as this absorption in the N-type material does not occur too far from the junction, the charge carriers formed will also diffuse towards the junction. Furthermore, this arrangement allows optical energy not absorbed in the P-type region to directly reach the PN junction. Therefore, if the P-type region is arranged in an indium antimonide detector such that light energy is incident on the P-type region, the efficiency of converting light energy into electrical energy will be relatively high.
【0004】このような特徴は長年知られていたが、比
較的大型のInSb電気光学半導体検出器アレーを製造
する場合には、これは我々の知る限りでは実現されてこ
なかった。我々の知る従来技術の大型のInSbアレー
では、比較的厚いN型バルク基板の半導体物質に光を照
射することが慣行となっていた。つまりアレーの「背」
面に光を照射してきた。照射されるN型バルク基板の厚
さは一般に10ミクロンであり、これでは、光生成され
た電荷担体がN型バルク基板の結晶欠陥や他の電荷担体
と相互作用を起こす確率が高くなる。最も波長の短いエ
ネルギに光検出器を露出する場合は特にそうである。な
ぜならば、最も短い波長のエネルギは背面に最も近い場
所で吸収されるので、結果的に光生成された電荷担体は
PN接合まで最も長い距離を移動しなければならないか
らである。さらに、1〜4ミクロン領域の光エネルギは
厚い物質内をPN接合まで妨害されずに伝搬することが
ほとんどできず、できても非常に少ない。Although such a feature has been known for many years, it has not, to our knowledge, been realized in the fabrication of relatively large InSb electro-optic semiconductor detector arrays. In large InSb arrays of the prior art to which we are aware, it has been the practice to illuminate a relatively thick N-type bulk substrate of semiconductor material. In other words, the “back” of the array
The light was shining on the surface. The thickness of the irradiated N-type bulk substrate is typically 10 microns, which increases the probability that the photogenerated charge carriers will interact with crystal defects and other charge carriers in the N-type bulk substrate. This is especially true when exposing the photodetector to energy with the shortest wavelength. This is because the shortest wavelength energy is absorbed closest to the back surface, and the resulting photogenerated charge carriers have to travel the longest distance to the PN junction. Furthermore, light energy in the 1-4 micron range is rarely, if ever able to propagate unhindered through thick materials to the PN junction.
【0005】典型的な従来技術のアンチモン化インジウ
ムの光起電力形検出器アレーの構成と製造方法を、図1
と図2に示す。この配列およびその他の従来技術の配列
では、検出すべき光エネルギをまず相対的に厚い(約1
0〜20ミクロン)N型バルク基板に入射する。したが
って、検出すべき光放射が最初に入射される表面からP
N接合までの距離は、約10〜20ミクロンとなる。1
〜5.6ミクロン帯域の最短波長、つまり1〜3ミクロ
ンの波長の場合、入射した光エネルギに応じてN型バル
ク基板で形成される光生成電荷担体は、妨害されずにN
型バルク基板を進むことがないので、量子効率は比較的
低い。それどころか、光エネルギつまりフォトンの吸収
によって生じる自由電荷担体は、PN接合に到達するま
でにしばしばInSbの結晶格子や結晶欠陥と相互作用
し、その結果担体はエネルギを消失し、反対の形の他の
担体と再結合するので、検出されない。また最も短い波
長のエネルギは、N型物質に吸収されずに接合に到達し
、そこに光生成担体を形成することがほとんどできない
。The construction and manufacturing method of a typical prior art indium antimonide photovoltaic detector array is shown in FIG.
and shown in Figure 2. In this and other prior art arrangements, the light energy to be detected is first transferred to a relatively thick layer (approximately 1
(0-20 microns) incident on the N-type bulk substrate. Therefore, P
The distance to the N junction will be approximately 10-20 microns. 1
For the shortest wavelength in the ~5.6 micron band, i.e. 1-3 micron wavelength, the photogenerated charge carriers formed in the N-type bulk substrate in response to the incident light energy are unhindered in the N
The quantum efficiency is relatively low because the mold does not travel through the bulk substrate. On the contrary, the free charge carriers generated by the absorption of light energy, or photons, often interact with the crystal lattice and crystal defects of InSb before reaching the PN junction, so that the carriers dissipate energy and other forms of opposite It is not detected because it recombines with the carrier. Furthermore, the energy of the shortest wavelength reaches the junction without being absorbed by the N-type material, and is hardly able to form a photogenerating carrier there.
【0006】図1と図2に示した従来技術の配列は、厚
さ約15ミル(約0.0381cm)のアンチモン化イ
ンジウムのN型バルク基板23とその上に形成したP型
領域24を、インジウムの柱26によってマルチプレク
サ基板25に接続したものである。柱26は、P型領域
の場合は一般的に金、ニッケル、またはクロムの金属接
触パッド(図示せず)上に、またはマルチプレクサ基板
上に、あるいは両方の組み合せの上に成長させることが
できる。ダイオードを形成するPN接合が、N型バルク
基板23上のP型領域24の各位置に存在する。N型バ
ルク基板23とガス拡散またはイオニック・ボンバード
メントによって形成したP型領域24のアレーとを含む
検出器アセンブリをマルチプレクサ基板25に接続した
後、バルク基板を図2に示すように約10ミクロンまで
、機械的および/または化学的に薄くし、研磨する。
マルチプレクサ基板25は、P型領域24と実質的に同
一の微細構成のスイッチング素子を持つ電子回路機構を
含む。マルチプレクサ基板25の電子回路機構は、電気
光学検出器アレーの選択されたダイオードからの信号を
、インジウムのバンプを介してマルチプレクサ・チップ
の1つまたは少数の共通信号リードに選択的に読み出す
。これにより、マルチプレクサのN型バルク基板25の
回路機構によって選択されたインジウムの柱またはバン
プ26に接続されたP型領域24に一般に対応するN型
バルク基板23の表面に入射した光エネルギが読み出さ
れる。The prior art arrangement shown in FIGS. 1 and 2 includes an N-type bulk substrate 23 of indium antimonide approximately 15 mils thick and a P-type region 24 formed thereon. It is connected to the multiplexer board 25 by indium pillars 26. Pillars 26 can be grown on metal contact pads (not shown), typically gold, nickel, or chromium for P-type regions, or on a multiplexer substrate, or a combination of both. A PN junction forming a diode is present at each location of the P-type region 24 on the N-type bulk substrate 23. After connecting the detector assembly, which includes an N-type bulk substrate 23 and an array of P-type regions 24 formed by gas diffusion or ionic bombardment, to a multiplexer substrate 25, the bulk substrate is heated to approximately 10 microns as shown in FIG. , mechanically and/or chemically thinned and polished. Multiplexer substrate 25 includes electronic circuitry having switching elements of substantially the same topography as P-type region 24 . Electronic circuitry on multiplexer board 25 selectively reads signals from selected diodes of the electro-optic detector array through indium bumps to one or a few common signal leads of the multiplexer chip. This reads out the optical energy incident on the surface of the N-type bulk substrate 23 that generally corresponds to the P-type region 24 connected to the indium pillar or bump 26 selected by the circuitry of the N-type bulk substrate 25 of the multiplexer. .
【0007】バルク基板の厚さを機械的に薄板化する作
業中およびその後の機械的力に耐えるために、N型バル
ク基板23とP型領域24を含むアレーとマルチプレク
サ25との間に、エポキシ結合剤を注入する。結合剤を
インジウム柱またはバンプ26間の空間に充満させる。To withstand mechanical forces during and after mechanical thinning of the bulk substrate, an epoxy layer is placed between the array containing the N-type bulk substrate 23 and the P-type region 24 and the multiplexer 25. Inject the binding agent. A binder fills the spaces between the indium pillars or bumps 26.
【0008】使用時に、図2の構造は光学エネルギが最
初にN型バルク基板23に入射するように配置される。
光エネルギはバルク基板23内で吸収された各フォトン
に対し1対の電子と正孔の自由電荷担体(キャリア)を
形成する。少数キャリアつまりアンチモン化インジウム
のN型バルク基板23における正孔が多数キャリアと再
結合すると、電流は発生せず、光学エネルギは検出され
ない。しかし、少数キャリアがN型バルク基板23と特
定のP型領域24の間の接合を越えて拡散すると、P型
領域で電流が発生する。In use, the structure of FIG. 2 is arranged so that optical energy is first incident on the N-type bulk substrate 23. In use, the structure of FIG. The light energy forms a pair of electron and hole free charge carriers for each photon absorbed within the bulk substrate 23 . When the minority carriers, holes in the indium antimonide N-type bulk substrate 23, recombine with the majority carriers, no current is generated and no optical energy is detected. However, when minority carriers diffuse across the junction between the N-type bulk substrate 23 and a particular P-type region 24, a current is generated in the P-type region.
【0009】少数キャリアが接合を越えて拡散するかど
うかは、(1)入射光エネルギによって電子と正孔の対
が形成される位置から接合位置までの距離、(2)バル
ク材23における拡散距離、および(3)再結合の中心
として作用するバルク材の欠陥密度によって決まる。こ
れらの欠陥は、処理が行なわれる前から存在することが
ある。しかし、その他の欠陥は多くの処理段階の幾つか
、例えばイオン注入、薄板化作業、および/またはバン
プ結合剤注入などにより形成される。一般に光学エネル
ギを電気エネルギに変換する検出器の効率は、光エネル
ギを最初に入射する表面と接合との距離が長くなるほど
、低下する。Whether minority carriers diffuse beyond the junction depends on (1) the distance from the position where electron-hole pairs are formed by the incident light energy to the junction position, and (2) the diffusion distance in the bulk material 23. , and (3) determined by the defect density of the bulk material, which acts as a recombination center. These defects may be present even before processing is performed. However, other defects may be formed by some of the many processing steps, such as ion implantation, thinning operations, and/or bump bonding agent implantation. Generally, the efficiency of a detector for converting optical energy into electrical energy decreases as the distance between the junction and the surface upon which the optical energy first enters increases.
【0010】N型バルク基板23を薄板化し研磨する作
業は、検出器に厳しい応力を与え、その結果しばしばN
型バルク基板に亀裂が発生する。N型バルク基板23を
薄板化するために使用する研磨剤や機械的磨耗は、光エ
ネルギを最初に入射するバルク材の表面に微結晶損傷を
生じる。微結晶損傷は、アレーの電気的特性に非常に有
害な影響をもたらす。その結果生じる、光エネルギが入
射するN型バルク基板23のバルク材の劣化は、N型バ
ルク基板の表面再結合率を高め、量子効率を劇的に低下
する。N型バルク基板23の表面近くで吸収される最短
波長の場合は、その影響が特に著しい。Thinning and polishing the N-type bulk substrate 23 places severe stress on the detector, which often results in N-type bulk substrate 23 being thinned and polished.
Cracks occur in the mold bulk substrate. The abrasives and mechanical abrasion used to thin the N-type bulk substrate 23 cause microcrystalline damage on the surface of the bulk material to which light energy is first incident. Crystallite damage has a very detrimental effect on the electrical properties of the array. The resulting deterioration of the bulk material of the N-type bulk substrate 23 on which the optical energy is incident increases the surface recombination rate of the N-type bulk substrate and dramatically reduces the quantum efficiency. The effect is particularly significant when the shortest wavelength is absorbed near the surface of the N-type bulk substrate 23.
【0011】検出器アレーは通常、液体ヘリウムや液体
窒素などの範囲の極低温で使用される。液体窒素の温度
ではInSbアレーで短い波長の量子効率の低下は起こ
らないが、温度がさらに(天文学者が関心を持つ)液体
ヘリウム温度範囲まで下がると、拡散距離(上述)は著
しく低下し、従来技術のデバイスの性能は低下する。ま
た、液体窒素温度で使用すると、N型バルク基板23と
マルチプレクサ基板25の間の熱膨脹の不一致のために
、アレーに厳しい機械的なひずみが発生する。N型バル
ク基板23の非常に薄いバルク材は、生じるひずみに必
ずしも順応することができずに、破損を引き起こしたり
、変形してインジウム柱26とN型バルク基板23また
はその上のパッドの間の結合を損壊することがある。Detector arrays are typically used at cryogenic temperatures, such as in the range of liquid helium or liquid nitrogen. At liquid nitrogen temperatures, no reduction in short wavelength quantum efficiency occurs in InSb arrays, but as the temperature decreases further down to the liquid helium temperature range (of interest to astronomers), the diffusion length (described above) decreases significantly, The performance of technology devices is reduced. Also, when used at liquid nitrogen temperatures, severe mechanical distortion occurs in the array due to thermal expansion mismatch between the N-type bulk substrate 23 and the multiplexer substrate 25. The very thin bulk material of the N-type bulk substrate 23 cannot necessarily accommodate the resulting strains and may cause breakage or deformation of the material between the indium pillars 26 and the N-type bulk substrate 23 or the pads thereon. May damage the bond.
【0012】従来技術の方法のその他の欠点は、検出器
ウェハを個々のチップに切断した後、そしてバンプの結
合を行なった後で、バルク基板の薄板化処理を実行する
ことである。そのため、例えば1つのウェハに10のア
レーがあった場合、薄板化処理を10回行なうことにな
り、高価な処理技術になる。Another drawback of prior art methods is that the bulk substrate thinning process is performed after the detector wafer is cut into individual chips and after bump bonding is performed. Therefore, for example, if there are 10 arrays on one wafer, the thinning process will be performed 10 times, resulting in an expensive processing technique.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、改良された新しい電気光学検出器アレーとその
製造方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new and improved electro-optic detector array and method of manufacturing the same.
【0014】本発明の別の目的は、光エネルギを最初に
入射する表面に非常に近接した位置にPN接合を配置し
た、改良された新しい電気光学検出器アレーとその製造
方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a new and improved electro-optic detector array and method of manufacturing the same in which the PN junction is located in close proximity to the surface upon which optical energy is initially incident. be.
【0015】本発明のさらに別の目的は、1〜5.6ミ
クロンの波長帯域の赤外線エネルギのスペクトル全体の
波長に対する量子効率が比較的高い、改良された新しい
上記赤外線エネルギ用の電気光学検出器と、その製造方
法を提供することである。Yet another object of the present invention is a new and improved electro-optic detector for infrared energy as described above, having a relatively high quantum efficiency for wavelengths across the spectrum of infrared energy in the 1-5.6 micron wavelength band. and its manufacturing method.
【0016】本発明のさらに別の目的は、アレーを両極
端の温度サイクルに曝しても機械的特性と電気的特性が
安定している、極低温環境で使用するようにした改良さ
れた新しい電気光学検出器と、その製造方法を提供する
ことである。Yet another object of the present invention is to provide an improved new electro-optic system for use in cryogenic environments whose mechanical and electrical properties are stable even when the array is subjected to extreme temperature cycling. An object of the present invention is to provide a detector and a method for manufacturing the same.
【0017】本発明のさらに別の目的は、ウェハを外部
制御回路機構つまりマルチプレクサN型バルク基板に接
続する前に全ての検出器処理を実行する、改良された新
しい電気光学検出器アレーを提供することである。Yet another object of the present invention is to provide a new and improved electro-optic detector array that performs all detector processing prior to connecting the wafer to external control circuitry or multiplexer type N bulk substrates. That's true.
【0018】本発明のさらに別の目的は、使用目的のス
ペクトル全体で比較的高い量子効率を持ち、極低温で使
用したり、極低温と気温との間の温度サイクルに曝して
も機械的特性と電気的特性が安定している、改良された
新しいアンチモン化インジウム検出器アレーと、その製
造方法を提供することである。Still another object of the invention is to have a relatively high quantum efficiency across the spectrum of intended uses and to maintain mechanical properties even when used at cryogenic temperatures and when subjected to temperature cycling between cryogenic temperatures and ambient temperatures. An object of the present invention is to provide a new and improved indium antimonide detector array having stable electrical characteristics and a method for manufacturing the same.
【0019】本発明のさらに別の目的は、検出すべき赤
外光エネルギが最初に検出器のN型物質ではなく、P型
物質に入射されるように、アンチモン化インジウムのP
型物質を配置した、改良された新しいアンチモン化イン
ジウム検出器アレーと、その製造方法を提供することで
ある。Yet another object of the present invention is to provide a P-type solution for indium antimonide so that the infrared light energy to be detected is first incident on the P-type material of the detector rather than the N-type material.
An object of the present invention is to provide a new and improved indium antimonide detector array in which a pattern material is arranged and a method for manufacturing the same.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の面では、
電気光学検出器が誘電物質の機械的支持体とこの支持体
上の半導体ダイオードのアレーで構成される。ダイオー
ドはそこに入射した光エネルギによって影響を受ける電
気的特性を有し、第1と第2の異なるドーピング領域を
分離する接合を含む。この検出器の特徴は、第1と第2
の領域が検出すべき光エネルギを透過する支持体上に配
置され、かつ検出すべき光学エネルギが支持体内を伝搬
して第2領域に入射する前に第1領域に入射するように
配列され、またダイオードが支持体上で島として構成さ
れ、隣接するダイオード同士が相互に間隔を置いてそれ
ぞれの両領域を持つようにすることである。[Means for Solving the Problems] In the first aspect of the present invention,
An electro-optical detector consists of a mechanical support of dielectric material and an array of semiconductor diodes on this support. The diode has electrical properties that are influenced by optical energy incident thereon and includes a junction separating first and second differently doped regions. The features of this detector are that the first and second
are arranged on a support that transmits the optical energy to be detected, and are arranged such that the optical energy to be detected is incident on the first area before propagating within the support and entering the second area; Also, the diodes are configured as islands on the support so that adjacent diodes have their respective double regions spaced apart from each other.
【0021】本発明の別の側面による検出器は、検出す
べき光エネルギを透過する支持体上に第1と第2の領域
が配置され、かつ検出すべき光エネルギが支持体内を伝
搬して第2領域に入射する前に第1領域に入射するよう
に配列され、第2領域が薄板化したバルク材で形成され
、第1領域がバルク材上の層として形成されることを特
徴とする。[0021] In a detector according to another aspect of the present invention, the first and second regions are arranged on a support that transmits the light energy to be detected, and the light energy to be detected is propagated within the support. It is arranged such that it enters the first region before entering the second region, the second region is formed of a thinned bulk material, and the first region is formed as a layer on the bulk material. .
【0022】本発明のさらに別の側面では、電気光学検
出器が誘電物質の機械的支持体とこの支持体上のInS
b半導体ダイオードの2次元アレーで構成される。ダイ
オードはPドーピング領域とNドーピング領域を分離す
る接合を含む。この検出器の特徴は、両領域が検出すべ
き光学エネルギを透過する支持体上に配置され、かつ検
出すべき光エネルギが支持体内を伝搬してNドーピング
領域に入射する前にPドーピング領域に入射するように
配列されることである。In yet another aspect of the invention, an electro-optic detector comprises a mechanical support of dielectric material and an InS
b Consists of a two-dimensional array of semiconductor diodes. The diode includes a junction separating a P-doped region and an N-doped region. A feature of this detector is that both regions are arranged on a support that transmits the optical energy to be detected, and that the optical energy to be detected propagates through the support and enters the P-doped region before being incident on the N-doped region. It is to be arranged so that it is incident.
【0023】1つの好適実施例では、支持体と電気的に
接続し第1領域を互いに接続する金属電極が、第1領域
に入射する光エネルギを実質的に妨害しないように配列
される。ダイオードは行列に配置することが望ましく、
金属電極は相互に直交方向に伸長する格子状の交差帯と
して、または検出すべき光エネルギが第1領域に入射で
きるようにウィンドウを持ったフィルムとして配列され
る。第1領域を形成する材料と厚さは、第1領域に吸収
された光エネルギによって生成される電荷担体が、他の
電荷担体と実質的に再結合せずに接合まで拡散するよう
に決定される。また、第1領域はガス拡散バルク材また
はイオン注入層として形成されることが望ましい。In one preferred embodiment, the metal electrodes electrically connected to the support and connecting the first regions to each other are arranged so as not to substantially impede light energy incident on the first regions. It is desirable to arrange the diodes in a matrix,
The metal electrodes are arranged as a grid of intersecting bands extending orthogonally to each other or as a film with windows so that the light energy to be detected is incident on the first region. The material and thickness forming the first region are determined such that charge carriers generated by optical energy absorbed in the first region diffuse to the junction without substantially recombining with other charge carriers. Ru. Also, the first region is preferably formed as a gas diffusion bulk material or an ion implantation layer.
【0024】ある好適実施例では、マルチプレクサ集積
回路基板が支持体と平行に伸長し、そしてダイオードの
電気的特性を選択的に読み出す素子アレーを装備する。
素子とダイオードをほぼ同一の地形的構造として、対応
する素子とダイオードの位置を整合させ、両者を金属バ
ンプのアレーで接続する。In one preferred embodiment, a multiplexer integrated circuit board extends parallel to the support and is equipped with an array of elements for selectively reading out the electrical characteristics of the diodes. The elements and diodes are provided with substantially the same topographic structure, the positions of corresponding elements and diodes are aligned, and the two are connected by an array of metal bumps.
【0025】ダイオードの半導体光学アレーは、第1導
電型のバルク半導体上でかつのその表面近傍にPN接合
として形成されることが望ましい。それぞれの接合は、
第1導電型のバルク半導体と第2導電型の半導体領域と
の間に存在する。電極は、第2導電型の半導体領域の一
部を金属化することによって形成される。アレーは、支
持体内部の光学通路が第1導電型の半導体領域の少なく
とも一部分まで続くように第1導電型の半導体領域を支
持体に結合することによって、支持体に接合される。島
は、半導体領域を支持体に結合した状態でバルク基板の
厚さを減少させ、薄くしたバルク基板をエッチングする
ことによって形成される。このとき、島のそれぞれにバ
ルク半導体の対応する領域、接合、および第2導電型半
導体領域の1つが含まれるようにする。The semiconductor optical array of diodes is preferably formed as a PN junction on the bulk semiconductor of the first conductivity type and near its surface. Each joint is
It exists between the bulk semiconductor of the first conductivity type and the semiconductor region of the second conductivity type. The electrode is formed by metallizing a portion of the semiconductor region of the second conductivity type. The array is joined to the support by coupling a semiconductor region of a first conductivity type to the support such that an optical path within the support continues to at least a portion of the semiconductor region of the first conductivity type. The islands are formed by reducing the thickness of the bulk substrate with the semiconductor region bonded to the support and etching the thinned bulk substrate. At this time, each island includes a corresponding region of the bulk semiconductor, a junction, and one of the second conductivity type semiconductor regions.
【0026】本発明の上記およびその他の目的、特徴、
および利点は、特に添付の図面を参照しながら以下に詳
しく述べる幾つかの具体的な実施例から明らかになるだ
ろう。[0026] The above and other objects and features of the present invention,
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and advantages thereof will become apparent from the following detailed description of some specific embodiments, in particular with reference to the accompanying drawings.
【0027】[0027]
【実施例】次に図3を参照しながら説明する。この図は
、1〜1.5ミクロンの波長領域に放射用の光起電力形
アンチモン化インジウム赤外線検出器ダイオード・アレ
ー52が、光学的に透明な支持体51に取り付けられた
状態を示す。支持体51に平行に伸長したマルチプレク
サ集積回路基板53を、インジウム柱54によってアレ
ーのダイオードに接続する。[Embodiment] Next, a description will be given with reference to FIG. This figure shows a photovoltaic indium antimonide infrared detector diode array 52 for radiation in the 1-1.5 micron wavelength range mounted on an optically transparent support 51. A multiplexer integrated circuit board 53 extending parallel to the support 51 is connected by indium pillars 54 to the diodes of the array.
【0028】アレー52のダイオードは、検出すべき光
エネルギを透過する支持体51に、検出すべき光エネル
ギがアレーのダイオードのN型バルク基板領域63より
前にダイオードのP型ドーピング領域62に入射するよ
うに、配列する。アレーのダイオードは島として形成し
、隣接するダイオード同士が誘電体を間に挟んで相互に
間隔を置いて配置されるようにする。アレー52のダイ
オードのP型領域62とN型領域63の間のPN接合は
、検出すべき光エネルギが最初に入射する各ダイオード
の表面から約4ミクロン以内(一般的に約0.5ミクロ
ン以内)の位置にする。光エネルギが最初に入射する表
面と個々の接合の距離が近いので、P型領域62で形成
される電荷担体は接合に直接拡散し、スペクトルの最短
波長端部を含め目的の波長領域全体で、アレー52の半
導体ダイオードによる光エネルギから電気エネルギへの
効率的な転移が行なわれる。光エネルギの入射の結果生
じるアレー52のダイオードのN型領域の電流は、N型
領域63の金属接触パッド55を介し、さらに金属パッ
ドの接続部からインジウム柱54を介してマルチプレク
サ53の素子へ移送される。The diodes of the array 52 are arranged in a support 51 that is transparent to the light energy to be detected, such that the light energy to be detected is incident on the P-type doped regions 62 of the diodes before the N-type bulk substrate regions 63 of the diodes of the array. Arrange as shown. The diodes of the array are formed as islands, with adjacent diodes spaced apart from each other with a dielectric between them. The PN junctions between P-type regions 62 and N-type regions 63 of the diodes of array 52 are located within about 4 microns (typically within about 0.5 microns) of the surface of each diode on which the light energy to be detected first impinges. ) position. Because of the close proximity of the individual junctions to the surface on which the light energy first enters, the charge carriers formed in the P-type region 62 diffuse directly into the junctions, and the charge carriers formed in the P-type region 62 diffuse directly into the junctions, and throughout the wavelength range of interest, including the shortest wavelength end of the spectrum. Efficient transfer of optical energy to electrical energy by the semiconductor diodes of array 52 occurs. The current in the N-type regions of the diodes of the array 52 resulting from the incidence of light energy is transferred through the metal contact pads 55 of the N-type region 63 and from the connections of the metal pads through the indium pillars 54 to the elements of the multiplexer 53. be done.
【0029】検出すべき光エネルギを透過する誘電物質
の支持体51は、一般的には相互に直交方向に伸長する
交差金製帯で形成した金属格子層59の上にかぶせたエ
ポキシ接着層58で背面を覆った、ウィンドウとして機
能する誘電板57(例えばサファイアまたはガリウム・
ヒ素で形成する)を含む。金属格子層59は、各々のP
型領域62を地面などの基準電位レベルに接地する。金
属格子59の大半は、アレー52のアンチモン化インジ
ウム・ダイオードの全てのP型領域62の大半を覆い隠
し、誘電板57の場合と同様に検出すべき光エネルギを
透過する、好適には一酸化シリコンまたは二酸化シリコ
ンで形成する酸化物層61を越えて伸長する。金属パッ
ド55は、検出すべき光エネルギを最初に入射するP型
領域62の表面とは離して、N型領域63の表面に配置
する。The support 51 of dielectric material, which is transparent to the light energy to be detected, is an epoxy adhesive layer 58 overlaid on a metal grid layer 59, generally formed of intersecting gold strips extending in mutually orthogonal directions. A dielectric plate 57 (e.g. sapphire or gallium) serving as a window, covered on the back side with
(formed with arsenic). The metal lattice layer 59 has each P
The mold region 62 is grounded to a reference potential level such as the ground. The majority of the metal grid 59 obscures most of all the P-type regions 62 of the indium antimonide diodes of the array 52 and is transparent to the optical energy to be detected, as is the case with the dielectric plate 57, preferably made of monoxide. It extends beyond the oxide layer 61 formed of silicon or silicon dioxide. The metal pad 55 is placed on the surface of the N-type region 63, away from the surface of the P-type region 62 on which the light energy to be detected first enters.
【0030】金属格子59は酸化物層61内の一部分を
通って伸長し、P型領域62のそれぞれの正面との接触
を確立する。領域62の各正面部の面積のうち金属格子
59で覆われた部分のパーセンテージは比較的小さいの
で、金属格子はこれが無ければP型領域62の露出して
いた正面の実質的な部分を覆い隠さない。アレー52の
ダイオードと金属格子59は正方形のマトリックスに配
列することが望ましいが、必ずしもそうしなくてもかま
わない。例えば、アレー2のダイオードは直線配列や長
方形配列、あるいは円形配列にすることさえも可能であ
る。通常、本発明に関連するアレーは少なくとも16個
のダイオードで構成される。A metal grid 59 extends through a portion of the oxide layer 61 and establishes contact with the front side of each of the P-type regions 62. Because the percentage of the area of each front face of region 62 covered by metal grid 59 is relatively small, the metal grid obscures a substantial portion of the otherwise exposed front face of P-type region 62. do not have. Although the diodes of array 52 and metal grid 59 are preferably arranged in a square matrix, this need not necessarily be the case. For example, the diodes of array 2 can be arranged in a linear, rectangular, or even circular arrangement. Typically, the array associated with the present invention will consist of at least 16 diodes.
【0031】アレー52のそれぞれのアンチモン化イン
ジウム・ダイオードのP型領域62、N型領域63、お
よび対応する接合は、検出すべき1〜2ミクロンの光放
射はほとんど全部P型領域または接合に吸収されるが、
2ミクロン以上の波長の放射はある程度P型領域と接合
を貫通してN型領域まで進むように、配置する。この目
的のために、領域62と63の間の電気的PN接合から
酸化物層61と接触するP型領域62の表面までの距離
を4ミクロン以下、一般的には0.5ミクロン以下とし
、N型領域63の厚さを5ミクロンから20ミクロンの
間とする。この構成により、かなりの数のフォトンは接
合付近で吸収され、入射した光放射によって発生した電
荷担体(キャリア)は再結合することなく接合へ拡散す
る。それにより、特に1〜2ミクロンの短い波長領域で
光エネルギを電気エネルギに変換する量子効率が向上す
る。The P-type region 62, N-type region 63, and corresponding junction of each indium antimonide diode in array 52 ensure that almost all of the 1-2 micron optical radiation to be detected is absorbed in the P-type region or junction. However,
The arrangement is such that radiation with a wavelength of 2 microns or more passes through the P-type region and the junction to some extent to the N-type region. To this end, the distance from the electrical PN junction between regions 62 and 63 to the surface of P-type region 62 in contact with oxide layer 61 is less than 4 microns, typically less than 0.5 microns; The thickness of N-type region 63 is between 5 microns and 20 microns. With this configuration, a significant number of photons are absorbed near the junction, and charge carriers generated by the incident optical radiation diffuse into the junction without recombination. This improves the quantum efficiency of converting optical energy into electrical energy, particularly in the short wavelength region of 1 to 2 microns.
【0032】酸化物層61はP型領域62の上部と側部
表面、およびN型領域63の側部表面に係合し、PN接
合に電気絶縁層を提供する。また酸化物層61は、以下
に述べるようにアレー52のアンチモン化インジウム・
ダイオードを島状態に分離するために使用するエッチン
グ液が、金属格子層59を冒すのを防止する。Oxide layer 61 engages the top and side surfaces of P-type region 62 and the side surfaces of N-type region 63 to provide an electrically insulating layer for the PN junction. The oxide layer 61 also includes indium antimonide of the array 52, as described below.
The etching solution used to separate the diodes into islands is prevented from attacking the metal grid layer 59.
【0033】図3に示す構造を形成する望ましい方法を
、図4ないし図7に示す。最初に、図4に示すように、
例えば厚さが約10ミルのバルクN型アンチモン化イン
ジウム基板71の上に、ガス蒸着処理またはイオン・ボ
ンバードメントを用いて、P型領域62を形成する。次
に、N型バルク基板71とP型領域62の露出した上部
表面に、酸化物層61と金属格子59を順次蒸着させ、
図5に示すような構造を形成する。(図5は、金属格子
層59およびP型領域62とN型バルク基板71の上部
表面を概略的に示したものである。分かりやすくするた
めに、酸化物層61は図示していない。) これによ
り、相互に間隔を置いて配置したP型領域62の方形配
列がN型バルク基板71の上部表面を覆うように形成さ
れ、P型領域で覆われないN型バルク基板の行列マトリ
ックス配列が残る。金属格子59は、P型領域62とN
型バルク基板71の図示された表面部分の上を覆う。A preferred method of forming the structure shown in FIG. 3 is illustrated in FIGS. 4-7. First, as shown in Figure 4,
A P-type region 62 is formed on a bulk N-type indium antimonide substrate 71, eg, about 10 mils thick, using a gas evaporation process or ion bombardment. Next, an oxide layer 61 and a metal lattice 59 are sequentially deposited on the exposed upper surfaces of the N-type bulk substrate 71 and the P-type region 62.
A structure as shown in FIG. 5 is formed. (FIG. 5 schematically shows the top surface of the metal lattice layer 59 and the P-type region 62 and the N-type bulk substrate 71. For clarity, the oxide layer 61 is not shown.) As a result, a rectangular array of mutually spaced P-type regions 62 is formed to cover the upper surface of the N-type bulk substrate 71, and a matrix-matrix array of the N-type bulk substrate not covered with P-type regions is formed. remain. The metal lattice 59 has a P-type region 62 and an N
Cover the illustrated surface portion of the mold bulk substrate 71.
【0034】誘導板つまりウィンドウ57は、エポキシ
接着層58によって金属格子59および酸化物層61の
露出表面に接着され、図4に示す構造を形成する。一般
に、光エネルギに暴露されるアンチモン化インジウムの
表面には、当業界の技術者にはよく知られた方法で反射
防止被覆が施される。分かりやすくするために、反射防
止被覆は図示していない。A guide plate or window 57 is adhered to the exposed surfaces of metal grid 59 and oxide layer 61 by an epoxy adhesive layer 58 to form the structure shown in FIG. Generally, surfaces of indium antimonide that are exposed to optical energy are provided with an antireflective coating by methods well known to those skilled in the art. For clarity, the anti-reflection coating is not shown.
【0035】図4に示す構造を形成した後、N型バルク
基板71の厚さを、図6に示すように、約10ないし2
0ミクロンに減少する。N型バルク基板71の厚さを減
少するとは、つまり従来の機械的または化学的手段によ
りN型バルク基板を薄板化することである。次に、図6
のN型バルク基板71に接触する酸化物層の領域に一般
に対応するバルク基板層71の露出領域に、エッチング
液マスクを形成する。次に、エッチング液マスクおよび
N型バルク基板71の露出表面にアンチモン化インジウ
ム用化学エッチング液を塗り、図7に示すようにN型領
域63の間に溝(トレンチ)を形成させる。乾式エッチ
ングつまりプラズマ・エッチングまたはイオン・ビーム
・ミリングを使用して検出器材料に溝を形成することも
できる。溝は検出器材料の個々の島を分離して、個々に
切り離された検出器ダイオードを形成する。これにより
、それぞれP型領域62とN型領域63を持つたくさん
のダイオードが相互に間隔を置いて形成される。全ての
ダイオードのN型領域は、機械的および電気的に相互に
分離される。ダイオードのP型領域は全て機械的に相互
に分離されるが、電気的には金属格子59によって相互
に接続されている。After forming the structure shown in FIG. 4, the thickness of the N-type bulk substrate 71 is reduced to about 10 to 2, as shown in FIG.
reduced to 0 microns. Reducing the thickness of the N-type bulk substrate 71 means thinning the N-type bulk substrate by conventional mechanical or chemical means. Next, Figure 6
An etchant mask is formed in exposed areas of the bulk substrate layer 71 that generally correspond to areas of the oxide layer that contact the N-type bulk substrate 71 . Next, a chemical etchant for indium antimonide is applied to the etchant mask and the exposed surface of the N-type bulk substrate 71 to form trenches between the N-type regions 63, as shown in FIG. Grooves can also be formed in the detector material using dry or plasma etching or ion beam milling. The grooves separate individual islands of detector material to form individual discrete detector diodes. This forms a number of diodes spaced apart from each other, each having a P-type region 62 and an N-type region 63. The N-type regions of all diodes are mechanically and electrically isolated from each other. The P-type regions of the diodes are all mechanically separated from each other, but electrically interconnected by a metal grid 59.
【0036】図7に示す構造を製造した後、金属オーム
接触パッド55(図3)をN型領域63に蒸着し、金属
パッド上に柱あるいはバンプ54を成長させる。特にマ
ルチプレクサ基板53とアレー52のダイオードとの接
続は、金属パッドおよび/またはアレー52のダイオー
ドに対応し、地形的構造が整合したマルチプレクサの領
域にインジウムの柱またはバンプ54を成長させること
によって実行する。次にウェハを切断し、マルチプレク
サ読み出しにバンプ接続した個々のアレーにする。After fabricating the structure shown in FIG. 7, metal ohmic contact pads 55 (FIG. 3) are deposited on N-type regions 63 and pillars or bumps 54 are grown on the metal pads. In particular, the connection between the multiplexer substrate 53 and the diodes of the array 52 is carried out by growing indium pillars or bumps 54 in areas of the multiplexer that correspond to the metal pads and/or the diodes of the array 52 and are topographically matched. . The wafer is then cut into individual arrays that are bump connected to multiplexer readouts.
【0037】共通のN型アンチモン化インジウムのN型
バルク基板を持つP型アンチモン化インジウムの「島」
であった(一般に「Nの上にPが載った」構造のことを
指す)従来技術の構造とは対照的に、本発明の構造は、
それぞれの島がP型領域の上にN型領域を有しており、
PN接合を持った別個のダイオードを形成する。従来技
術では、光学的に生成されたキャリアが何ミクロンもの
厚さのN型アンチモン化インジウムを移動してキャリア
捕集領域に到達しなければならなかった。本発明のIn
Sbの実施例では、光学的に生成されたキャリアは0.
5ミクロン(以下)のP型領域62を移動するだけでキ
ャリア捕集領域に達する。本発明では、島のP型材料は
電気的に金属格子パターン59と接続しており、ダイオ
ードの島は全て、P型層間の材料をエッチングすること
によって、機械的に相互に切り離される。これらの要素
により、本発明は「Pの上にNが載った」構造とみなさ
れる。P-type indium antimonide "islands" with a common N-type indium antimonide N-type bulk substrate
In contrast to the structure of the prior art (generally referring to a "P on N" structure), the structure of the present invention is
Each island has an N-type region above a P-type region,
Form a separate diode with a PN junction. In the prior art, optically generated carriers had to travel through many microns of N-type indium antimonide to reach the carrier collection region. In of the present invention
In the Sb example, the optically generated carriers are 0.
The carrier collection region is reached by simply moving the P-type region 62 of 5 microns (or less). In the present invention, the P-type material of the islands is electrically connected to the metal grid pattern 59, and all of the diode islands are mechanically separated from each other by etching the material between the P-type layers. Due to these elements, the present invention can be regarded as a structure in which "N is placed on P".
【0038】本発明でN型バルク基板を薄板化する唯一
の理由は、エッチング段階つまりP型領域間のかなりの
量の材料の除去を高速かつ最小限の横方向エッチングで
実行するためである。デバイスは「正面」つまりP型領
域側から照射されるので、N型バルク材料の加工によっ
て生じる機械的損傷は、アレーの光学的および電気的検
出特性に悪影響を及ぼさない。多くの場合、P型領域は
、検出すべきエネルギを入射するInSbの表面から1
ミクロン以下しかない。キャリア捕集領域を、検出すべ
きエネルギを入射する表面に非常に近い位置に配置する
ことによって、少数キャリアが再結合中心の濃度の高い
N型材料の「長い」距離(約10ミクロン)を拡散しな
ければならないという問題が全て解消される。The only reason for thinning the N-type bulk substrate in the present invention is to perform the etch step, ie, the removal of a significant amount of material between the P-type regions, at high speed and with minimal lateral etching. Because the device is illuminated from the "front" or P-type region side, mechanical damage caused by processing of the N-type bulk material does not adversely affect the optical and electrical sensing characteristics of the array. In many cases, the P-type region is located at a distance from the surface of the InSb where the energy to be detected is incident.
Only less than a micron. By locating the carrier collection region very close to the surface where the energy to be detected is incident, the minority carriers are spread over a "long" distance (approximately 10 microns) through the dense N-type material of the recombination center. All the problems you have to do will be solved.
【0039】本発明では、検出器材料を基本的にウェハ
の形で処理するので、平坦性(planarity )
および厚さの制御が向上する。多くの場合、検出器とマ
ルチプレクサN型バルク基板は同一材料または同一か近
い熱膨脹係数の材料で形成することができるので、製造
工程でもN型バルク基板71の応力の問題が解消される
。したがって、インジウム柱54の結合が破損するよう
な応力は事実上生じない。さらに、隣接するN型領域6
3との電気接触が無いので、アレー52の検出器ダイオ
ードの電気絶縁が完全であり、アレー52のダイオード
間の光学的および電気的漏れが解消される。アレーの隣
接するダイオード間のアンチモン化インジウムを物理的
に除去することによって、横方向に拡散する電荷担体は
隣接ダイオードから減結合する(decoupled
)。In the present invention, since the detector material is processed essentially in the form of a wafer, the planarity
and improved thickness control. In many cases, the detector and multiplexer N-type bulk substrates can be made of the same material or materials with the same or similar coefficients of thermal expansion, thus eliminating the stress problem in the N-type bulk substrate 71 during the manufacturing process. Therefore, virtually no stress occurs that would cause the bonding of the indium columns 54 to fail. Furthermore, the adjacent N-type region 6
3, the electrical isolation of the detector diodes of array 52 is complete and optical and electrical leakage between the diodes of array 52 is eliminated. By physically removing the indium antimonide between adjacent diodes of the array, laterally diffusing charge carriers are decoupled from adjacent diodes.
).
【0040】個々のアンチモン化インジウム・ダイオー
ド検出器の島を分離することにより、検出器材料から熱
膨張応力が除去される。非常に脆弱なアンチモン化イン
ジウム検出器材料における熱応力の問題は、検出器アレ
ー52を形成する個々の島のサイズが小さいので解除さ
れる。従来技術では、マルチプレクサのN型バルク基板
に対するアンチモン化インジウムN型バルク基板の熱膨
脹のために、熱応力の問題がしばしば発生した。従来技
術では、バルクのアンチモン化インジウムの面積がマル
チプレクサの面積に匹敵したので、マルチプレクサに対
するアンチモン化インジウムの膨脹のために、アンチモ
ン化インジウムに応力が発生した。本発明のダイオード
は空間的に分離した小さい島として形成されるので、ダ
イオード素子の膨脹はマルチプレクサの膨脹に比べて無
視することができる。By isolating the individual indium antimonide diode detector islands, thermal expansion stresses are removed from the detector material. Thermal stress problems in the highly brittle indium antimonide detector material are eliminated due to the small size of the individual islands forming the detector array 52. In the prior art, thermal stress problems often occurred due to thermal expansion of the indium antimonide N-type bulk substrate relative to the N-type bulk substrate of the multiplexer. In the prior art, since the area of the bulk indium antimonide was comparable to the area of the multiplexer, stress was created in the indium antimonide due to expansion of the indium antimonide relative to the multiplexer. Since the diodes of the present invention are formed as small spatially separated islands, the expansion of the diode elements is negligible compared to the expansion of the multiplexer.
【0041】したがって、図3の構造は、まずバルクN
型InSbウェハを用いて通常のプロセスによりInS
bダイオード・アレーを形成することから始める。次に
ウェハの表面を、拡散またはイオン注入によって変化さ
せ、P型の層を形成する。「メサ」法によるダイオード
・アレー形成法では、フォトマスクとエッチング処理を
使用し、所望のP型領域間のP型(およびある程度のN
型)のInSbを食刻することによって、個々のP型メ
サ領域を形成する。P型領域は通常0.4ミクロン程度
しかないので、エッチングは非常に浅く、1〜4ミクロ
ン程度である。各ダイオードのPN接合のエッジは、各
メサの側壁に露出される。次に、酸化物と金属のパター
ンを、透明な支持体に結合する直前にこの表面に蒸着す
る。その後の後部薄板化とエッチングの作業は、先に図
3〜7に関連して説明したように、本発明に従って実行
する。Therefore, the structure of FIG. 3 first has a bulk N
An InSb type InSb wafer is used to produce InS by a normal process.
Begin by forming the b diode array. The surface of the wafer is then altered by diffusion or ion implantation to form a P-type layer. The "mesa" diode array formation method uses a photomask and etching process to create P-type (and some N-type) regions between the desired P-type regions.
Individual P-type mesa regions are formed by etching the InSb (type). Since the P-type region is typically only about 0.4 microns, the etching is very shallow, on the order of 1-4 microns. The edge of each diode's PN junction is exposed on the sidewall of each mesa. A pattern of oxides and metals is then deposited onto this surface immediately prior to bonding to the transparent support. Subsequent back thinning and etching operations are performed in accordance with the present invention as previously described in connection with FIGS. 3-7.
【0042】本発明の原理は、図8と図9に示すように
、「メサ無し」のプロセスおよび構造にも適用すること
ができる。「メサ無し」プロセスも、N型ウェハに拡散
またはイオン注入によってP型の層を表面に形成するこ
とから始める。「メサ無し」プロセスでは、個々のP型
メサ領域を形成するためのエッチング段階を省略する。
酸化物と金属の層を、透明な支持体に結合する直前にP
型の表面上に蒸着する。薄板化と後部エッチングは、先
に図6と図7に関して述べた方法で進める。後部のエッ
チングで隣接するダイオード間のInSb(N型とP型
の両方とも)を取り除くと、個々のダイオードが形成さ
れる。これにより、各ダイオードのPN接合のエッジは
、図8のこの構造の側面図に全体的に示されるように、
各ダイオードを形成する島の側壁に露出する。N型領域
63は、N型バルク基板からメサ無しで形成される。P
型領域62は、「ウィンドウ」金属パターンができるこ
とを除き、前の説明と同様に基板上に形成される。その
後の金属接触パッドの蒸着とインジウム柱の成長は、ど
ちらの方式によるダイオード形成でも同じである。The principles of the invention can also be applied to "mesaless" processes and structures, as shown in FIGS. 8 and 9. The "no-mesa" process also begins by forming a P-type layer on the surface of an N-type wafer by diffusion or ion implantation. A "no-mesa" process omits the etching step to form individual P-type mesa regions. The oxide and metal layers are coated with P immediately before bonding to the transparent support.
Deposit onto the surface of the mold. Thinning and back etching proceed as previously described with respect to FIGS. 6 and 7. A back etch removes the InSb (both N-type and P-type) between adjacent diodes to form individual diodes. This causes the edge of each diode's PN junction to
Exposed on the sidewalls of the islands forming each diode. N-type region 63 is formed from an N-type bulk substrate without a mesa. P
Mold region 62 is formed on the substrate similarly to the previous description, except that a "window" metal pattern is created. The subsequent deposition of metal contact pads and growth of indium pillars are the same for either method of diode formation.
【0043】図8と図9に示した本発明の実施例では、
図3の金属格子59に代わって、ウィンドウ82を持つ
金属層81を使用する。ウィンドウ82は、P型領域の
露出表面上に配置し、P型領域の面積よりわずかに小さ
い面積とする。これにより、P型領域は金属層81と接
続される。ウィンドウ82と金属層81は面積がP型領
域62より小さいので、全てのP型領域は一つに接続さ
れる。検出器アレー52のダイオードのN型領域は、酸
化物層61によって金属層81から電気的に分離してい
る。ウィンドウ82の面積は、P型領域またはN型領域
の面積より正確に制御できるので、図3の構造に比べて
光エネルギに対する応答の一様性が向上する。図8と図
9のウィンドウの構造は、図3に示したメサ構造のタイ
プでも使用することができる。In the embodiment of the invention shown in FIGS. 8 and 9,
Instead of the metal grid 59 of FIG. 3, a metal layer 81 with windows 82 is used. Window 82 is placed over the exposed surface of the P-type region and has an area slightly smaller than the area of the P-type region. Thereby, the P-type region is connected to the metal layer 81. Since window 82 and metal layer 81 are smaller in area than P-type region 62, all P-type regions are connected together. The N-type regions of the diodes of detector array 52 are electrically separated from metal layer 81 by oxide layer 61 . Since the area of window 82 can be more precisely controlled than the area of the P-type or N-type regions, the uniformity of response to light energy is improved compared to the structure of FIG. 3. The window structures of FIGS. 8 and 9 can also be used with the type of mesa structure shown in FIG.
【0044】本発明の特定の実施例を幾つか説明してき
たが、ここに取り上げた実施例の細部の変形は、特許請
求の範囲に画成する本発明の真の思想および範囲を逸脱
することなく達成することができる。例えば、図に示し
た実施例では、金属格子59または金属層81による入
射光エネルギの陰影障害は非常に少量である。また別の
実施例では、かなり大きい陰影障害を生じることが可能
である(例えば最高99%)。Although some specific embodiments of the invention have been described, modifications in the details of the embodiments described herein do not depart from the true spirit and scope of the invention as defined by the claims. can be achieved without For example, in the illustrated embodiment, there is very little shading interference of the incident light energy by metal grid 59 or metal layer 81. In yet other embodiments, it is possible to create significantly larger shadow defects (eg, up to 99%).
【図1】従来技術によるアンチモン化インジウム赤外線
検出器アレーを示す。FIG. 1 shows an indium antimonide infrared detector array according to the prior art.
【図2】従来技術によるアンチモン化インジウム赤外線
検出器アレーを示す。FIG. 2 shows an indium antimonide infrared detector array according to the prior art.
【図3】本発明によるアンチモン化インジウム検出器ア
レーの好適実施例の側面図である。FIG. 3 is a side view of a preferred embodiment of an indium antimonide detector array according to the present invention.
【図4】図3のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。FIG. 4 shows an intermediate structure used to form the indium antimonide detector array of FIG. 3;
【図5】図3のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。FIG. 5 illustrates an intermediate structure used to form the indium antimonide detector array of FIG. 3;
【図6】図3のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。FIG. 6 shows an intermediate structure used to form the indium antimonide detector array of FIG. 3;
【図7】図3のアンチモン化インジウム検出器アレーを
形成するために使用する中間構造を示す。FIG. 7 shows an intermediate structure used to form the indium antimonide detector array of FIG. 3;
【図8】本発明の別の好適実施例の側面断面図である。FIG. 8 is a side cross-sectional view of another preferred embodiment of the invention.
【図9】図8の線9−9における平面断面図である。9 is a cross-sectional plan view taken along line 9-9 of FIG. 8. FIG.
51 誘電物質支持体 52 検出器アレー 53 マルチプレクサ基板 54 柱またはバンプ 55 金属接触パッド 57 ウィンドウ 59 金属格子 61 酸化物層 62 P型領域 63 N型領域 71 N型バルク基板 51 Dielectric material support 52 Detector array 53 Multiplexer board 54 Pillar or bump 55 Metal contact pad 57 Window 59 Metal grid 61 Oxide layer 62 P-type region 63 N-type region 71 N type bulk substrate
Claims (13)
上の半導体ダイオードのアレーから成り、前記ダイオー
ドがそこに入射する光エネルギによって影響を受ける電
気的特性を有し、第1および第2の異なるドーピング領
域を分離する接合を有する電気光学検出器であって、当
該検出器は、前記第1および第2の領域が検出すべき光
エネルギを透過する支持体上に配置され、かつ検出すべ
き光エネルギが支持体内を通過し第2領域に入射する前
に第1領域に入射するように配列され、前記ダイオード
が支持体上の島として構成されて、隣接するダイオード
が相互に間隔を置いて前記両領域を有することを特徴と
する電気光学検出器。1. A mechanical support of dielectric material and an array of semiconductor diodes on the support, the diodes having electrical properties influenced by light energy incident thereon, a first and a second an electro-optical detector having a junction separating regions of different doping, the detector being arranged on a support in which the first and second regions are transparent to the light energy to be detected; the diodes are configured as islands on the support such that adjacent diodes are spaced apart from each other; An electro-optical detector comprising both the above regions.
上の半導体ダイオードのアレーから成り、前記ダイオー
ドがそこに入射する光エネルギによって影響を受ける電
気的特性を有し、第1および第2の異なるドーピング領
域を分離する接合を有する電気光学検出器であって、当
該検出器は、前記第1および第2の領域が検出すべき光
エネルギを透過する支持体上に配置され、かつ検出すべ
き光エネルギが支持体内を通過し第2領域に入射する前
に第1領域に入射するように配列され、第2領域が薄板
化したバルク材で形成され、第1領域がバルク材上の層
として形成されることを特徴とする電気光学検出器。2. A mechanical support of dielectric material and an array of semiconductor diodes on said support, said diodes having electrical properties influenced by light energy incident thereon, said first and second an electro-optical detector having a junction separating regions of different doping, the detector being arranged on a support in which the first and second regions are transparent to the light energy to be detected; the light energy to be transmitted through the support and incident on the first region before being incident on the second region, the second region being formed of a thinned bulk material, and the first region being formed of a layer on the bulk material. An electro-optic detector characterized in that it is formed as:
上の半導体ダイオードの2次元アレーから成り、前記ダ
イオードがPドーピング領域とNドーピング領域を分離
する接合を有する電気光学検出器であって、当該検出器
は、前記領域が検出すべき光エネルギを透過する支持体
上に配置され、かつ検出すべき光エネルギが支持体内を
通過しNドーピング領域に入射する前にPドーピング領
域に入射するように配列されることを特徴とする電気光
学検出器。3. An electro-optic detector comprising a mechanical support of dielectric material and a two-dimensional array of semiconductor diodes on the support, the diodes having a junction separating a P-doped region and an N-doped region, , the detector is arranged on a support through which the region transmits the light energy to be detected, and the light energy to be detected passes through the support and is incident on the P-doped region before entering the N-doped region. An electro-optical detector characterized in that it is arranged as follows.
領域を互いに接続する金属電極を有し、第1領域に入射
する光エネルギを実質的に妨害しないようにすることを
特徴とする、前記請求項1ないし3のいずれかに記載の
電気光学検出器。4. Further, a first
4. An electro-optic detector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it has metal electrodes connecting the regions to each other so as not to substantially interfere with the light energy incident on the first region. .
極が、相互に直交方向に伸長する交差帯状の格子として
、または検出すべき光エネルギが第1領域に入射するこ
とができるようにウィンドウを持ったフィルムとして配
列されことを特徴とする、請求項4記載の電気光学検出
器。5. The diodes are arranged in rows and columns and the metal electrodes are arranged as a grid of intersecting strips extending orthogonally to each other or with windows so that the light energy to be detected can be incident on the first region. 5. The electro-optical detector according to claim 4, wherein the electro-optical detector is arranged as a film.
エネルギによって生成された電荷担体が他の電荷担体と
実質的に再結合せずに接合まで拡散するような材料で作
られ、かつそのための厚さを有することを特徴とする、
前記請求項1ないし5のいずれかに記載の電気光学検出
器。6. The first region is made of a material such that charge carriers generated by light energy absorbed in the first region diffuse to the junction without substantially recombining with other charge carriers; and has a thickness for that purpose,
The electro-optical detector according to any one of claims 1 to 5.
されることを特徴とする、請求項1または請求項3ない
し6のいずれかに記載の電気光学検出器。7. An electro-optical detector according to claim 1 or any one of claims 3 to 6, characterized in that the second region is formed of a thinned bulk material.
はイオン注入層として形成されることを特徴とする、前
記請求項1ないし7のいずれかに記載の検出器。8. Detector according to claim 1, characterized in that the first region is formed as a gas-diffused bulk material or as an ion-implanted layer.
、第1領域がP型、第2領域がN型バルク材であること
を特徴とする、請求項1,2または請求項4ないし8の
いずれかに記載の電気光学検出器。9. Any one of claims 1 and 2 or claims 4 to 8, characterized in that the diode is made of InSb, the first region is a P-type bulk material, and the second region is an N-type bulk material. The electro-optical detector described in .
つダイオードの電気的特性を選択的に読み出す素子のア
レーを有するマルチプレクサ集積回路基板を含み、前記
素子およびダイオードがほぼ同一の地形的構造をもち、
対応する素子とダイオードが整合し、さらに金属バンプ
が対応する整合した素子およびダイオードを接続するこ
とを特徴とする、前記請求項1ないし9のいずれかに記
載の電気光学検出器。10. Further comprising a multiplexer integrated circuit board having an array of elements extending parallel to the support and selectively reading out electrical characteristics of the diodes, the elements and the diodes having substantially identical topographical structures. rice cake,
10. An electro-optic detector according to any preceding claim, characterized in that the corresponding elements and the diodes are matched, and furthermore a metal bump connects the corresponding matched elements and the diodes.
て構成され、隣接するダイオードが相互に間隔を置いて
両領域を有することを特徴とする、請求項2ないし10
記載の電気光学検出器。11. Claims 2 to 10, characterized in that the diodes are configured as islands on a support, and adjacent diodes have regions spaced apart from each other.
Electro-optic detector as described.
バルク半導体の表面近傍で第2導電型のバルク半導体上
にPN接合として形成され、それぞれの接合が第2導電
型のバルク半導体と第1導電型の半導体領域の間に配置
され、第1導電型の半導体領域の一部を金属化すること
によって電極が形成され、第1導電型の半導体領域を支
持体に結合することによってアレーが支持体に接合され
、それによって光学通路が支持体内を通って第1導電型
の半導体領域の少なくとも一部分まで存在し、半導体領
域を支持体に結合したままバルク基板の厚さを減少させ
、かつ厚さが減少したバルク基板をエッチングすること
によって島が形成され、それによりそれぞれの島にバル
ク半導体の対応する領域、接合、および第1導電型半導
体領域の1つが含まれるところの請求項4ないし10に
基づく請求項11記載、または請求項1に基づく請求項
4記載の電気光学検出器。12. A semiconductor optical array of diodes comprising:
A PN junction is formed on the bulk semiconductor of the second conductivity type near the surface of the bulk semiconductor, each junction is disposed between the bulk semiconductor of the second conductivity type and the semiconductor region of the first conductivity type, and electrodes are formed by metallizing a portion of the semiconductor region of the first conductivity type, and the array is joined to the support by bonding the semiconductor region of the first conductivity type to the support, whereby an optical path is formed through the support. an island is formed by reducing the thickness of the bulk substrate down to at least a portion of the semiconductor region of the first conductivity type, the semiconductor region remaining coupled to the support, and etching the reduced thickness of the bulk substrate; Claim 11 according to claims 4 to 10, or claim 4 according to claim 1, whereby each island comprises a corresponding region of the bulk semiconductor, a junction and one of the semiconductor regions of the first conductivity type. Electro-optic detector as described.
て、第1導電型のバルク半導体上にそのバルク半導体の
表面近傍で、それぞれが第1導電型バルク半導体と第2
導電型半導体領域との間に位置するPN接合のアレーを
形成する工程と、半導体領域の一部を金属化する工程と
、光学通路が支持体を通り、第2導電型の半導体領域の
少なくとも一部まで存在するように、第2導電型の半導
体領域を透過性支持体に結合する工程と、半導体領域を
支持体に結合したままバルク基板の厚さを減少させる工
程と、支持体上に半導体ダイオードの島のアレーを形成
し、その島のそれぞれがバルク半導体の対応する領域、
接合、および第2導電型半導体領域の1つを有するよう
に、厚さが減少したバルク基板をエッチッグする工程と
、から成る方法。13. A method for manufacturing a semiconductor optical detector, wherein a bulk semiconductor of a first conductivity type and a second conductivity type are disposed on a bulk semiconductor of a first conductivity type in the vicinity of a surface of the bulk semiconductor.
forming an array of PN junctions located between the semiconductor region of the second conductivity type; metallizing a portion of the semiconductor region; bonding the semiconductor region of the second conductivity type to the transparent support such that the semiconductor region is present on the support, reducing the thickness of the bulk substrate while leaving the semiconductor region bonded to the support; forming an array of diode islands, each of which covers a corresponding region of the bulk semiconductor;
etching a reduced thickness bulk substrate to have one of a junction and a second conductivity type semiconductor region.
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